Comparison of the inverse modeling approach and traditional methods to estimate the unsaturated hydraulic properties in a sandy loam soil

Abstract

The aim of this work is to compare the use of the inverse solution approach in the estimation of soil hydraulic properties with traditional tension disk infiltrometer (TDI) data analysis, field retention data and commonly used pedotransfer functions (PTFs). Field data were collected in an experimental plot located at Bahía Blanca, Argentina. Field infiltration under saturated conditions was measured by the inverse auger hole method and infiltration under unsaturated condi-tions were carried out with TDI. Field retention data (θ(h)) were also collected periodically. The HYDRUS 2D/3D software was used to optimize soil hydraulic parameters by inverse solution according to TDI data. The saturated hydraulic con-ductivity measured by inverse auger hole method (5.53 cm.h-1) and calculated by Wooding analytical approach (5.35 cm.h-1) and inverse numerical simulations (5.36 cm.h-1) showed very close values. According to macroporosity esti-mates infiltrated water is mainly conducted through soils micro and mesopores. Macropores only channeled 15.9% of total infiltrated flow. Soil water retention curves (SWRC) predicted by PTFs did not represented correctly field retention data. The best adjustment between water content at specific pressure heads predicted by SWRCs and field measured water content was reached by the TDI inverse solution approach (RMSE: 0.050 cm3.cm-3). The inverse solution approach probed to be a simple and practical method to obtain an accurate estimate of both, SWRC and hydraulic conductivity curve.

O objetivo deste trabalho é comparar o uso da solução inversa na estimativa das propriedades hidráulicas do solo com a análise tradicional de dados por infiltrômetro de disco de tensão (IDT), dados de retenção em campo e funções de pedotransferência (FPTs) comumente usadas. Os dados de campo foram coletados em uma parcela experimental lo-calizada em Bahía Blanca, Argentina. A infiltração no campo sob condições saturadas foi medida pelo método do furo inverso e a infiltração sob condições insaturadas foi realizada com IDT. Os dados de retenção de campo (θ(h)) também foram coletados periodicamente. O software HYDRUS 2D/3D foi utilizado para otimizar os parâmetros hidráulicos do solo por solução inversa, de acordo com os dados do IDT. A condutividade hidráulica saturada medida pelo método do furo inverso (5.53 cm.h-1) e calculada pela abordagem analítica de Wooding (5.35 cm.h-1) e simulações numéricas inversas (5.36 cm.h-1) mostraram valores muito próximos. Segundo estimativas de macroporosidade, a água infiltrada é conduzida principalmente através de microporos e mesoporos do solo. Os macroporos canalizaram apenas 15.9% do fluxo total infiltrado. As curvas de retenção previstas pelos FPTs não representaram corretamente os dados de retenção em campo. O melhor ajuste entre o teor de água nas tensões específicas previstas pelas curvas de retenção e o teor de água medido no campo foi alcançado pela abordagem de solução inversade IDT (RMSE: 0.050 cm3.cm-3). A abordagem de solução inversa demonstrou ser um método simples e prático para obter uma estimativa precisa de curvas de re-tenção e de condutividade hidráulica.